基于多目标规划的电动汽车充电优化管理

胡 洋，刘 金

（山东科技大学，山东 济南 250000）

0 引 言

电力系统的支撑是电动汽车大规模发展的保证，而电网是其主要的能量来源。因电动汽车无序充电行为造成的高同时率、强随机性等特性，给配电网带来了一系列挑战，如电压损耗和电压下降增加、负荷峰谷差增大等。同时，具有移动式储能功能的电动汽车应用前景广阔，如削峰填谷、协同消纳新能源及提供有关电力系统的辅助服务等方面。

1 背 景

表1展示了三个等级的电动汽车充电功率划分。假设10%、40%、50%的电动汽车分别采取交流1级、交流2级、直流充电。为满足用户需求、减少设备投资、降低因电动汽车无序充电而造成的负荷峰谷差，需要合理分配不同充电等级。同时，根据计算分析，认识电网和电动汽车互动等相关问题，并具体阐述立场和论点。

表1 电动汽车充电功率等级

2 数据分析与处理

以一天内各时刻为自变量，以单辆电动汽车的用电量为因变量，利用MATLAB数学软件对调查得到的数据进行处理，即可分别绘得电动汽车的充电负荷曲线，如图1所示。

每辆电动汽车的充电负荷为一范围值，即电动汽车充电过程中的每个时刻都对应一个最大值和一个最小值。由图1可知，充电负荷无论是最大值还是最小值，都具有先上升后下降的趋势，且峰值出现的时刻相近。

3 模型的建立

3.1 用户需求

为了满足用户需求，要先做到预期的充电量可以在固定充电连接时长内被获取，同时考虑减少设备投资及其他条件。本文利用多目标规划的方法找出最优值。经过查阅资料[1]，可得目标函数为：

3.2 设备投资

在保证用户需求得以满足的前提下，出于对利润的追求，结合生活经验，减少前期投资，即可得目标函数：

图1 充电负荷曲线

3.3 无序充电负荷的峰谷差

为了降低因电动汽车无序充电而造成的负荷峰谷差，保护电网，可运用降低负荷峰值和减少负荷曲线波动的方法[2]。通过分析可知，新能源充电桩所提供的充电负荷的峰值总是不小于电动汽车在24 h内的各个时刻接收电量的最大值，同时电动汽车的输出总大于24 h内的各个时刻的功率的最小值，且小于功率的最大值[3]。此外，还应合理缩小约束范围。综上所述，可得目标函数为：

联立式（1）～式（3），便可建立多目标规划模型。

4 模型的求解

运用CPLEX电学软件和MATLAB数学软件，利用改良后的模拟退火法的思想，外加超拉丁算法进行抽样比对，代入多目标规划模型求解，有：

5 结 论

综上所述，可以得出：合理规划电动汽车的充放电时间可以有效帮助电网削峰填谷，降低电网压力，减少网损。充电开始时刻主要集中在早6点至晚10点，而深夜和凌晨开始充电的电动汽车数量相对较少，因此用电量的峰谷受人类影响。鉴于此，可在用电高峰期提高电价，用电负荷较小时降低电价。利用波动电价的方式鼓励电动汽车在早6点至晚10点放电，在晚10点至早6点时充电，则可以削峰填谷，降低电网压力，减少网损。